Lab kontra prosessmålinger
I tillegg til å måle turbiditet i prosessen, er det vanlig å ta prøver ut fra den samme prosessen for måling i laboratorium, for videre dokumentasjon og rapportering.
Lik konstruksjon
Det er veldig viktig å være klar over at turbiditetsmålerne må være konstruert på samme måte om målingene skal sammenlignes. Det vil si at de begge følger de samme normene for turbiditetsmåling, for eksempel DIN 7027 (en europeisk norm) eller EPA 180.1 (en amerikansk norm).
Dette går på type lampekilde, typisk en lysdiode, med spesifikk bølgelengde på utsendt lys, plassering av detektoren (for eksempel 90 grader mot lampekilden) etc. Dersom dette ikke er likt på instrumentene, vil de gi ulike måleresultater på samme prosessprøve. Begge instrumentene må også være kalibrert på likt grunnlag, ha destillert vann som nullprøve, og formazinløsninger (se under) med kjente verdier.
Tar øyeblikksbilder
Det er naturligvis også andre faktorer som kan gi ulike måleresultater mellom de to, for eksempel gassbobler i prosessen, skapt av et røreverk eller en pumpe, partikler kan være ulikt fordelt (ikke-homogen prosessløsning) i tanken eller prosessrøret etc.
Det er viktig å montere turbiditetsensoren i prosessen slik at den måler på en representativ del av prøven (dersom den ikke er homogen partikkel-messig). Det som det videre er viktig å være klar over, er at turbiditetsensoren i prosessen måler det den får til enhver tid.
Ulike rammebetingelser
Her er det ikke rom for manipuleringer, dersom man ikke bevisst ønsker det. Så i prosessen får man det ”virkelige bildet” servert, og det er jo flott siden det er her produktet blir til!
Til lab-målingen har man for eksempel tatt ut en 500 ml prøve fra prosessen, som man kan røre opp for å få mest mulig homogen, for så å måle den. Det er en nøyaktig måling under nærmest ideelle omstendigheter, der man har kontroll på uønskede effekter som kan forstyrre måleresultatet.
Det er sentralt å forstå at disse to målingene, i prosess og i lab, ofte foregår under ulike omstendigheter, noe som ikke vil gi identiske måleresultater. Begge målingene er på sin side korrekte. Begge instrumentene måler det som blir ”servert” dem.
Måleenheter og kalibrering
- FTU = Formazine Turbidity Unit
- FNU = Formazine Nephelometric Unit
- NTU = Nephelometric Turbidity Unit. Detektoren er alltid plassert 90 grader i forhold til lampekilden.
- EBC = European Brewery Convention. Benyttes som måleenhet i bryggerier.
Formazin, som benyttes til kalibrering av turbidimetere, har kjemisk formel C2H4N2 – Hexamethylentetramine + Hydrazinsulfate. Standard løsning av formazin har 4000 FNU-konsentrasjon, som man kan blande ut til ønsket konsentrasjon med destillert vann.
Partiklene i formazin er fullstendig runde og homogene slik at de sprer det reflekterte lyset likt i alle retninger. For formazin gjelder følgende: 1 FTU = 1 FNU = 1 NTU = 0,25 EBC.
Formazin er et internasjonalt godkjent kalibreringsmedium.
Tekst: Knut Erik Boland, Inline Prosess
Turbiditetsmåling er aktuelt i mange ulike applikasjoner i industrien. Typiske eksempler er kontroll på inn- og utløp på vannverk og renseanlegg, grunnvannsmålinger fra steinbrudd, tunellbygging og filterkontroll på produksjon av øl.
Turbiditet er ofte en kvalitetsparameter, hvor det ferdige produktet enten skal ha minimalt partikkel-innhold, eller et spesifikt innhold med partikler.
Partikkelstørrelse og form avgjør
Turbiditet er fenomenet som oppstår når en bestemt mengde lys passerer gjennom en væskebasert prøve og dette lyset blir reflektert i ulike retninger av de partiklene i væsken som ikke er oppløst.
Refleksjonsmønsteret er bestemt av både størrelse og form på partiklene i væsken, og man kan dele det opp i tre kategorier som går på størrelse. I dag benyttes ofte en lysdiode (LED) som lyskilde i et turbidimeter, noe som gir lang levetid (typisk ti år), har helt stabil lysenergi og krever liten effekt. Typisk bølgelengde på en LED/NIR-lampe (nær infrarød) er 0,7 til 5 micron (micron = en milliondel av en).
Får ulik lysspredning
Partikler som er mindre enn en tidel av bølgelengden på lyset som benyttes (under 0,5 micron), gir en symmetrisk spredning av lyset ut fra partikkelen. Det blir like mye lys reflektert som mengden som trenger gjennom væsken.
Partikler som er rundt en firedel av bølgelengden på lyset som benyttes (ca. 1 micron) gir en økning av lysmengden som slipper gjennom væsken. Det vil si at over halvparten av lyset når fram til mottakeren.
Partikler som er større enn bølgelengden på lyset som benyttes (over 1 micron), gir en ytterligere økning i lyset som slipper gjennom. I tillegg oppstår også uregelmessige økninger av lysrefleksjoner i alle retninger.
Partikkeldefinisjon
En partikkel kan være hva som helst som danner en heterogen overflate og som danner en brytningsindeks av lys som er ulik brytningsindeksen for mediet den befinner seg i. Eksempler kan være:
- Faste partikler i væske, som også kalles en suspensjon.
- Oljedråper i vann, eller vanndråper i olje, som kalles en emulsjon.
- Gassbobler i væske eller luft, for eksempel skum.
- Støvpartikler i luft, som oppfattes som røyk.
- Dråpepartikler i luft, som kan oppfattes som tåke.
Påvirker refleksjonen
Det er mer enn partikkelstørrelse og form som påvirker lysrefleksjonen. Her er noen forhold som kan påvirke refleksjonen:
- Hvilken type partikkel det gjelder (som nevnt ovenfor), og dens evne til å absorbere og reflektere lys.
- Konsentrasjonen av partikler, hvor mange, vil naturlig nok påvirke mengden reflektert lys.
- Bølgelengden på det utsendte lyset vil påvirke absorbans- og refleksjonsegenskapene til partiklene.
- Vinkelen, med plassering av detektoren eller fotocellen i forhold til lampekilden, som skal fange opp det reflekterte lyset.
Lysdifferanse
Når man måler på oppløste partikler i en væskeprøve, måler man konsentrasjonen av partiklene, eller suspendert stoff (tørrstoff). Måleenheten er vanligvis mg/l eller ppm (parts per million). Absorbans av utsendt lys er differansen mellom utsendt lys og det som blir absorbert i væskeprøven.
Turbiditetsmåling måler mengden av reflektert lys fra de partiklene som ikke er oppløst i prøven. Detektoren eller fotocellen som fanger opp det reflekterte lyset er ofte plassert 90, 120 eller 180 grader i forhold til lampekilden.
Det finnes sensorer som benytter tilbakereflektert lys (på engelsk kalt ”back scattering”), og sensorer som har mer enn én detektor for nettopp å fange opp både store og små partikler.
Turbiditeten øker i takt med mengden lys som væsken absorberer. En typisk måler består av en lyskilde, et målekammer og en mottaker som kalkulerer signalene og angir måleresultatet.
Hold optikken ren!
For å få til mest mulig korrekte måleresultater, er det essensielt å holde optikken, inkludert de glassene foran lampekilden og detektoren, rene til enhver tid. Dette gjelder naturligvis både laboratorium- og prosessinstrumentet.
Optiske glass med belegg vil gi ukorrekte eller falske målinger. Rengjør glassene jevnlig med egnet løsningsmiddel (likt løser likt i kjemien) og en myk børste, eller Q-tips.
Sjekk eller kalibrer (se over til høyre) jevnlig med en kjent formazinprøve og destillert vann for nullverdi. Dette er også viktig. Sørg for at de optiske glassene er grundig rengjort før kalibreringen starter.
